Конспект лекций по дисциплине "Технология тепловой обработки материалов" для студентов гр. ТЕ02-12м (стр. 2 )

б) резко сокращаются производственные площади;

в) повышается качество литого металла, приближаясь к качеству обжатого;

г) облегчается труд обслуживающего персонала;

д) разгружаются или выводятся из эксплуатации обжимные средства (блюминги и слябинги);

е) полностью исключается применение традиционных изложниц, формирующих слиток.

Непрерывная разливка заготовок позволяет существенно сократить энергетические затраты. В табл. 1.1 представлены сравнительные расходы энергии при непрерывной разливке и обычной технологии получения заготовок на обжимных станах.

Как правило, при непрерывной разливке требуется всего 25 % энергии, необходимой при использовании обычной технологии.

Кстати, благодаря непрерывной разливке получила широкое распространение внепечная обработка стали, т. к. для высокопроизводительной работы МНЛЗ необходимы точная (и стандартная от плавки к плавке) регулировка температуры и химического состава металла, а также металл стандартно высокого качества. Практически вся сталь, разливаемая на МНЛЗ, подвергается внепечной обработке.

Рис. 1.1 – Традиционная технологическая цепочка металлургического комбината

Рис. 1.2 – Пример современной технологической цепочки производства стальных изделий

Таблица 1.1 – Расходы энергии при непрерывной разливке и обычной технологии

Непрерывная разливка		Обычная технология
1. Топливо для нагрева промежуточного ковша	4,3	1. Топливо для нагрева слитков в колодцах – холодный посад – 50 % холодного посада – 10 % холодного посада	55 35 30
2. Электроэнергия приводов МНЛЗ и насосов	2,2	2. Энергия для прокатки слитков на обжимном стане	2,5
3. Энергия для повышения температуры (перегрева) жидкой стали	1,2	3. Электроэнергия – воздуходувки колодцев и их работа	0,8
Итого	7,7	Итого	33,3-58,3

Лекція 3

Технологія безперервного розливання сталі

План лекції: Температурний режим охолоджування злитка по вузлах МБЛЗ. Чинники, що забезпечують отримання злитків високої якості. Методи підвищення коефіцієнта використання і продуктивності МБЛЗ.

2 ТЕХНОЛОГИЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ

Технология непрерывной разливки стали интенсивно разрабатывалась в 1970-1980 годах. Переход на эту технологию на металлургических заводах всего мира состоялся в эти же годы. В Украине массовый переход на непрерывную разливку произошел в 2000-2010 годах.

Способ непрерывной разливки состоит в том, что жидкий металл непрерывно заливается в верхнюю часть водоохлаждаемой формы – кристаллизатор, постепенно затвердевает и охлаждается, проходя вдоль всей технологической оси.

Основными узлами МНЛЗ являются охлаждаемый кристаллизатор или формообразователь, зона вторичного охлаждения слитка (ЗВО), поддерживающая система, тянущее устройство и механизмы для разделения и транспортировки слитков.

Принцип работы МНЛЗ рассмотрим на примере криволинейной машины, конструктивная схема которой показана на рис. 2.1. Жидкая сталь из разливочного ковша поступает в промежуточный ковш (1), который предназначен для снижения и стабилизации ферростатического давления и динамического напора струи, отделения шлака и стабилизации температуры перед кристаллизатором. Промежуточный ковш также распределяет металл в кристаллизаторы в зависимости от количества ручьев. Далее сталь попадает в водоохлаждаемый кристаллизатор (2), где происходит начальное формирование непрерывного слитка. Перед началом разливки в кристаллизатор вводят так называемую затравку, которая является дном кристаллизатора на начальной стадии разливки.

Сформировавшийся в кристаллизаторе слиток с затвердевшей оболочкой попадает в зону вторичного охлаждения (3), где проводится его дальнейшее охлаждение с помощью водяных форсунок (4) или другими способами. Для предохранения слитка от увеличения объема зона вторичного охлаждения оборудуется специальной поддерживающей системой (5) в виде роликов, брусьев и др. Затем слиток проходит через тянущую клеть (6) и попадает в зону резки (7).

Рис. 2.1 – Схема криволинейной МНЛЗ

1 ‑ промежуточный ковш; 2 ‑ кристаллизатор; 3 ‑ зона вторичного охлаждения; 4 ‑ водяные форсунки; 5 ‑ поддерживающие ролики; 6 ‑ тянущая клеть; 7 ‑ газокислородная резка

Принципиальные схемы непрерывной разливки отличаются положением продольной технологической оси кристаллизующегося слитка, однако основы технологии разливки являются общими для всех типов машин.

2.1 Температурный режим охлаждения слитка в узлах МНЛЗ

Жидкая сталь поступает в разливочное отделение при t = 1560-1580 °С. Из сталеразливочного ковша металл подается в промежуточный ковш, предварительно нагретый до 1100 °С.

Если принять температуру кристаллизации для большинства сталей ~ 1500 °С, то в промежуточный ковш сталь должна поступать с небольшим перегревом. Обычно температура стали в промковше поддерживается на уровне 1540-1560 °С, что обеспечивает удовлетворительное качество поверхности слитков и стабильность процесса разливки. Однако с повышением температуры металла более 1570 °С возрастает пораженность слитков наружными продольными и поперечными трещинами.

Для обеспечения стабильности процесса разливки температура металла в кристаллизаторе должна быть на 15-20 °С выше температуры затвердевания, а по условиям качества слитка перегрев dt должен быть не более 30 °С.

В кристаллизаторе за счет интенсивного охлаждения по периметру слитка затвердевают поверхностные слои металла, образуя твердую корочку или оболочку слитка. Внутри слитка по центральной оси сохраняется жидкая фаза. Стальная заготовка формируется в соответствии с формой и размерами кристаллизатора. Застывшая в кристаллизаторе сталь сцепляется с затравкой, а образующийся слиток вытягивается вниз с помощью тянущих клетей.

Для предотвращения прилипания жидкой стали к стенке кристаллизатора предусмотрен механизм качания. Кристаллизатор совершает возвратно-поступательное движение с заданной частотой качания, а в зазор между стенкой кристаллизатора и поверхностью слитка подается специальная смазка.

Толщина затвердевшей корочки на выходе из кристаллизатора должна быть более 25-30 мм, чтобы обеспечить достаточную механическую прочность вытягиваемой заготовки и исключить возможность прорыва жидкого металла. По некоторым зарубежным данным толщина корочки должна быть более 15-25 мм в зависимости от размеров заготовки.

Температура поверхности слитка на выходе из кристаллизатора составляет менее 1100-1200 °С при средней температуре корочки – 1300-1350 °С. Прочность такой корочки достаточна, чтобы противостоять силам трения и действию ферростатического давления жидкого металла.

Слиток с затвердевшей корочкой, попадающий из кристаллизатора в зону вторичного охлаждения, в результате форсированного поверхностного охлаждения затвердевает по всему сечению. Форма слитка сохраняется за счет специальной поддерживающей системы (роликовой, брусьевой и др.). После прекращения подачи воды слиток охлаждается на воздухе.

В конце зоны вторичного охлаждения температура поверхности слитка снижается до уровня 800-900 °С. Слиток принудительно вытягивается с помощью тянущих клетей, а затем поступает в газорезку, где разрезается на мерные куски заданной длины. Далее заготовки по рольгангу транспортируются на склад.

2.2 Условия получения слитков высокого качества

Успешное внедрение способа непрерывной разливки стали в металлургической промышленности стало возможным только после разработки устойчивого процесса разливки, обеспечивающего стабильное металлургическое производство и получение высококачественной продукции из литых заготовок.

Главные условия для получения устойчивого технологического процесса непрерывной разливки стали:

– равномерное распределение металла в промежуточном ковше (промковше) при подводе в кристаллизатор;

– разливка в оптимальных температурных интервалах;

– обеспечение симметричности кристаллизации и формирования структуры заготовки, а также необходимой толщины корочки;

– вытягивание с заданной постоянной скоростью;

– полное затвердевание по сечению слитка до порезки его на отдельные заготовки.

При проектировании новых промышленных установок основное внимание уделяется:

– увеличению производительности МНЛЗ;

– гибкому управлению температурным режимом охлаждения металла;

– повышению надежности работы всех узлов;

– сокращению времени на подготовку и перестройку машины для отливки другого профиля.

Главные технологические факторы, обеспечивающие получение слитков высокого качества: температура жидкой стали, скорость разливки и температурный режим вторичного охлаждения.

Температура жидкой стали перед кристаллизатором – важный технологический фактор, влияющий на процесс и качество непрерывного слитка. При недостаточном перегреве снижается жидкотекучесть стали и затрудняются условия разливки, а значительный перегрев ведет к образованию внутренних трещин и увеличению осевой усадочной пористости слитка.